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技術分享

影響煤泥浮選的主要因素分析
技術分享   2020-7-18 14:14:30   本站   953

  浮選是實現 0. 5 (0. 3) mm 粒級煤泥分選最有效的方法,在國內外煉焦煤選煤廠得到了廣泛應用。1910 年浮選技術問世以來,已經得到100 多年的發展,期間出現了種類繁多的浮選設備,在我國現場仍可見到的國內外浮選設備有十余。隨著浮選技術的發展與應用,與煤泥浮選工藝效果有關的藥劑制度、浮選工藝、操作條件等因素也得到了研究者關注。

  煤泥浮選是一個錯綜復雜的工藝過程,影響煤泥浮選工藝效果的因素很多,大體可以分為六種,即煤泥性質、煤漿性質、藥劑制度、浮選工藝、浮選設備性能、操作條件,這些因素之間既相互聯系又相互制約,對煤泥浮選工藝效果有著不同程度的影響。只有深入了解各種因素并掌握其內在聯系,同時在最大程度上保持其相對穩定,才能取得良好的浮選工藝效果和技術經濟指標 。為此,對煤泥性質、煤漿性質、藥劑制度、浮選工藝、浮選設備性能、操作條件六種因素進行分析,并總結出不同因素的影響規律。

煤泥性質

  煤泥可浮性是指通過浮選技術提高其質量的難易程度,影響煤泥可浮性的決定性因素是煤泥性質,它是客觀存在的自然屬性,包括煤的變質程、煤表面的氧化程度、煤巖組分、礦物雜質、度組成等。

1.1 煤的變質程度

  煤按變質程度由年輕到年老分為低階煤、氣煤、氣肥煤、1 /3 焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧瘦、貧煤、無煙煤,其中,中等變質程度的焦煤疏水性最好,即可浮性最好。由該焦煤向兩側,各種煤的疏水性均逐漸變差,低階煤和年老無煙煤的疏水性最差。

  各種煤的疏水性可以通過三相接觸角表征,三相接觸角越大,其疏水性越好;反之,三相接觸角越小,其疏水性越差。中等變質程度的焦煤三相接觸角最大,接近 90°,年輕氣煤的三相接觸角在65°  72°之間,年老無煙煤的三相接觸角為73°,故年輕氣煤和年老無煙煤的疏水性最差。此外,煤的疏水性與其表面孔隙率有關,疏水性越好 (觸角越大),則孔隙率越小,需要的浮選劑越少,甚至不需要藥劑;相反,疏水性越差 (接觸角越),則孔隙率越大,需要更多的浮選劑來提高其疏水性。

1.2 煤表面的氧化程度

  煤表面發生氧化的形式有兩種:一種是在風化過程中被氧化,另一種是在水中浸泡被氧化。氧化初期,氧氣在煤粒表面只是物理吸附,有助于提高煤粒的疏水性,即提高煤泥可浮性;此后,氧氣在煤粒表面發生化學吸附,煤粒的疏水性降低,煤泥可浮性變差。

  生產實踐發現:與煤在空氣中的氧化相比,煤在水中的氧化更加劇烈,故煤在水中浸泡時間越長,對煤泥可浮性的不良影響越大。因此,應盡量避免煤長時間暴露在空氣中,更不能使其長時間滯留在水中。

1.3 煤巖組分

  煤巖組分分為鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭四種,一般煤泥可浮性按鏡煤、亮煤、暗煤、絲炭依次遞。低密度煤泥中多為鏡煤和亮煤,灰分低,疏水性好,可浮性好;高密度煤泥中多為暗煤和絲炭,灰分高,疏水性差,可浮性差;中間密度的煤泥含量越高,煤泥可浮性越差。

  密度組成在一定程度上能反映煤泥可浮性,但不同于重力選煤,浮選是根據煤與雜質表面潤濕性差異進行分選的,煤泥的密度組成只能在一般情況下對其做出大致判斷,并不能成為其可浮性的判斷依據。

1.4 礦物雜質

1.4.1 易泥化礦物雜質

  易泥化的礦物雜質主要指高嶺土、泥質頁巖等黏土類物質,這類礦物雜質在浮選過程中由于受水浸和攪拌,極易碎散為親水性的細微顆粒吸附于煤粒表面,隨著煤粒浮起而混入精煤,造成浮選精煤污染;同時煤粒表面被細泥覆蓋后,也降低了煤粒的疏水性,阻礙了煤粒與氣泡的吸附,從而使之損失在尾煤中,降低了尾煤灰分。此外,這些細泥由于具有很大的比表面積,能夠搶先吸附浮選劑,因此加大了浮選劑消耗量,使得煤粒不能吸附足夠的浮選劑,造成浮選精煤灰分升高,尾煤灰分降低的情況。當入浮煤泥中含有大量的泥化礦物雜質時,必須采取適當措施來減輕或消除這類礦物的不利影響,如脫泥浮選、降低入料煤漿濃度或粗選泡沫再精選等方法。

1.4.2 硫化物

  煤中硫化物通常以兩種形式存在,有機硫和無機硫。有機硫來自于成煤植物,是煤的結構成分,均勻分布在煤炭中,目前采用任何方法都不能將其除去。無機硫主要指硫鐵礦硫,通?刹捎靡种苿來抑制硫鐵礦的浮起。

1.5 粒度組成

  在煤泥浮選過程中不同粒徑的煤粒產率不同。粒度越粗或越細,產率均較低,只有中等粒級的煤粒才有較高的產率。這是因為質量過大的煤粒在浮選過程中更容易受到漩渦離心力的影響而從氣泡上脫落;質量過小的煤粒更容易吸附在氣泡表面,隨礦化氣泡進入泡沫層污染精煤。除粒度外,煤粒的幾何形狀對浮選效果也有一定影響,若表面較光滑或呈球形,則難以破壞水化層,附著幾率小;若表面較不規則,則更容易破壞水化層,從而使氣泡與煤粒接觸附著。因此,在浮選過程中,應避免對煤漿進行長時間攪拌,以免使煤粒棱角磨掉而影響其可浮性。

煤漿性質

  煤漿性質主要包括煤漿中的無機電解質、殘存的浮選劑和絮凝劑、酸堿度等,這些因素都對浮選工藝效果有影響。對于這些影響因素的研究,目前僅停留在實驗室階段,還沒有應用于工業現場。

  (1) 無機電解質。煤漿中的無機電解質主要是帶正電的K+、Na+、Ca+、Mg2+和帶負電的Cl-、SO42-、NO3-、CO32-等水中各種分子、離子的總量稱為水的礦化度,國外學者的研究結果表明:煤漿礦化度的提高對改善煤泥浮選工藝效果是有利的。國內還未發現同類研究成果,工業現場也沒有具體應用。

  (2) 殘存浮選劑。為提高煤泥浮選效果,浮選時添加有浮選劑 (捕收劑和起泡劑),而部分浮選劑隨尾礦排出,經處理后隨循環水重新回到浮選系統。因此,在實際生產過程中,不僅新加浮選劑在起作用,殘余浮選劑也在發揮作用,所以浮選精煤、尾煤的質量是兩者共同作用的結果。

  (3) 殘余絮凝劑。絮凝劑被廣泛應用在浮選尾煤水的澄清作業中,澄清的循環水中必然含有殘余絮凝劑。這些絮凝劑隨著循環水返回浮選系統后,也對煤泥浮選工藝效果有一定影響。

  (4) 酸堿度。我國絕大多數選煤廠的生產用水屬于中性或接近中性,對煤泥浮選效果沒有顯著的不利影響。當入選原煤屬于高硫煤時,生產用水呈酸性,此時一般采用燒堿或石灰作為添加劑來中和酸性,這不但有利于煤泥浮選,而且在一定程度上能夠阻止設備、管道等被腐蝕。

藥劑制度

  在煤泥浮選過程中,為強化煤與矸石的分離效果,必須添加一定量的浮選劑。選煤廠常用的浮選劑有兩種,一種是捕收劑,另一種是起泡劑。捕收劑的作用是提高煤粒在氣泡表面的附著強度,起泡劑的作用包括使空氣在煤漿中分散成小氣泡,提高泡沫的穩定性,減小氣泡的升浮速度,延長氣泡在煤漿中的停留時間等。浮選藥劑制度主要是從藥劑種類、加藥方式、藥劑分散性等方面,提高煤泥的浮選效果。

3.1 藥劑種類

  藥劑種類的選擇取決于煤泥性質和所含雜質的種類及數量。簡單來說,如果煤泥可浮性為易浮,則對捕收劑的要求可以適當放寬;如果煤泥可浮性為難浮,則必須選用捕收能力較強的捕收劑。如果煤泥中的高灰細泥較多,則應當選擇具有良好性能的浮選劑。

3.2 加藥方式

  加藥方式是指將浮選劑一次或分段添加到浮選設備內,一次加藥是將全部浮選劑添加到煤漿預處理裝置內,分段加藥是將浮選劑分別添加到煤漿預處理裝置和某幾個浮選室內。

一次加藥易使浮選機前段的高灰細泥礦物通過機械夾帶方式上浮,導致浮選精煤灰分升高;浮選末期由于起泡劑濃度降低,沒有足夠的氣泡攜帶煤粒上浮,導致浮選精煤產率降低。對于粒度組成較為均勻或可浮性為易浮的煤泥,一般采用一次加藥方式。

  分段加藥適用于較難浮的煤泥,一般在煤漿預處理裝置內加入藥劑總量的60%  70% ,其余部分分批加入適當位置。分段加藥能使粗顆粒表面吸附足夠的油類捕收劑,進而加快煤泥浮選速度,提高浮選精煤可燃體回收率;同時能避免細顆粒和細泥過多吸附藥劑,從而減少浮選劑的用量;此外,還能使整個浮選過程中的浮選劑濃度保持均勻,進而提高難浮煤泥的選擇性。

3.3 藥劑分散性

  浮選劑在水中的分散性很差,在外力作用下才能分散成無數個直徑很小的油滴。在體積相同的情況下,油滴 (藥劑團) 直徑越小,數量就越多,在煤漿中分散越均勻,與煤粒接觸的機會也越多,既可以提高浮選速度,又可以節省浮選劑。

  浮選劑主要有三種分散方式,即機械分散、乳化分散和霧化分散。機械分散是浮選劑分散的常規方式,浮選劑通過導管給入浮選機葉輪下方,通過葉輪攪拌將其分散;乳化分散就是以水作為介質,通過某種手段形成乳濁液;霧化分散就是以空氣作為介質,通過某些手段形成氣溶膠。

浮選工藝

  浮選工藝是影響煤泥浮選工藝效果的重要因素之一,它的制定取決于煤漿性質和對精煤、尾煤質量的要求。浮選工藝分為粗選工藝、精選工藝和分級浮選工藝三種,其中精選工藝又分為全部精選、部分精選和二次浮選三種工藝。

4.1 粗選工藝

  粗選工藝是指煤漿僅需經過一次分選就能得到合格產品的工藝,煤漿通過入料箱進入浮選機的浮選室,各室的精礦泡沫匯集后成為最終精煤,尾礦從最后一室的尾礦箱排出,這是我國最常見的浮選工藝。該工藝簡單,處理量大,適用于粒度組成偏細、可浮性較好的煤泥。

4.2 精選工藝

  精選工藝是對混入浮選精煤的主導粒級細泥(0. 30 mm) 進行再次分選的工藝,其目的是降低浮選精煤灰分。該工藝分為全部精選、部分精、二次浮選三種,全部精選是指上游浮選機的精煤產品全部進入下游浮選機再次分選的工藝;部分精選是指上游浮選機前幾室的精煤產品進入下游浮選機再次分選的工藝,由于其流程復雜,單位處理能力小,電耗和水耗較高,僅在分選難浮、極難浮煤泥或生產低灰精煤時選用;二次浮選是指上游浮選機的精煤產品經過沉降過濾式離心脫水機脫水回收后,離心液和濾液再由其他浮選機單獨分選的工藝。

  由于入料中的高灰細泥大部分以氣絮團的形式混入精煤泡沫,無論采用怎樣的精選工藝,也不能大幅降低浮選精煤灰分。目前,在我國煤泥精選工藝中,采用全部精選工藝的占多數,部分精選和二次浮選工藝只在個別選煤廠有所應用。

4.3 分級浮選工藝

  分級浮選工藝是指將浮選入料以0.125mm作為分級粒度,粗粒級(>0.125mm)采用機械攪拌式浮選機分選,細粒級(≤0.125mm)采用浮選柱或噴射式浮選機分選的工藝。這樣能夠充分發揮不同浮選設備的優勢,進而保證浮選精煤產品質量滿足要求。

浮選設備性能

  浮選設備的性能也是影響浮選工藝效果的重要因素,具體包括兩個方面,即浮選設備的種類及其磨損情況。目前,我國的浮選設備主要有機械攪拌式浮選機、噴射式浮選機、浮選柱(床),不同浮選設備有著不同的適用條件,其中機械攪拌式浮選機適應性最強,不但適用于疏水性好、粒度細的煤泥,而且對疏水性差、粒度粗的煤泥有著較好的分選效果;噴射式浮選機、浮選柱 () 等浮選設備對疏水性好、粒度細的煤泥浮選效果良好。

  由于長時間的運行,浮選設備的零部件會有不同程度的磨損,嚴重影響其充氣量,進而對煤泥浮選效果產生不利影響。就機械攪拌式浮選機來看,易于磨損的零部件主要包括葉輪、定子、導向片。當關鍵零部件磨損到一定程度后,浮選設備的結構參數就會被破壞,進而無法保證煤泥浮選工藝效果,此時應該及時更換新的零部件。

操作條件

  操作條件主要指浮選設備的操作條件,包括煤漿流量、煤漿濃度、充氣量、泡沫層厚度等。煤漿流量直接影響浮選設備的處理能力,是一項考核浮選設備處理能力的重要指標,也是一個影響浮選過程的主要因素。為了充分發揮浮選設備的處理能力,在保證各項浮選指標全面、均衡的前提下,要盡量增加浮選設備的煤漿流量 (給料量)。

  煤漿濃度是操作條件中的一個重要因素,它不但影響浮選精煤的數質量,而且影響浮選劑的消耗量和浮選設備的處理能力等。通常情況下,適當提高煤漿濃度,精煤、尾煤灰分也相應增加;但過高的煤漿濃度易使精煤灰分增加,尾煤灰分降低,精煤產率下降。適當降低煤漿濃度,可以消除細泥污染,降低精煤灰分;但過低的煤漿濃度易使精煤、尾煤水分增加,導致后續脫水作業困難。此外,降低煤漿濃度還可以提高浮選選擇性,但會引起浮選劑用量增加,浮選設備處理能力下降,電耗和稀釋水用量增大,致使選煤生產成本增加。

  浮選設備的充氣量直接影響煤泥浮選工藝效果,如果充氣量過大,則氣泡容易兼并,并形成氣流,導致液面翻花,進而無法形成穩定的泡沫;如果充氣量過小,則疏水性好的低灰物料不能隨氣泡上浮而損失在尾煤中,進而影響浮選精煤產率。因此,實際生產中應將充氣量控制在合適的范圍內。

  泡沫層厚度可以通過調整液面高度來調節,如果液面高度過低,則礦化氣泡不能及時被刮出,并流失在尾煤中,進而影響浮選精煤產率;反之,如果液面高度過高,則二次富集作用下的高灰細泥易隨礦化氣泡被刮出,導致浮選精煤灰分增加,進而污染最終精煤產品。

結語

  影響煤泥浮選工藝效果的因素眾多,可總結成煤泥性質、煤漿性質、藥劑制度、浮選工藝、浮選設備性能、操作條件六種,它們之間既相互影響,又相互聯系。其中,煤泥性質是其固有特性,也是客觀存在的既定因素,不可改變;其余因素是后期人為制定的因素,可歸納為生產條件和操作條件,是可以調控的因素。只有全面了解這些因素,并掌握其內在聯系,才能在實際生產過程中及時采取應對措施,進而得到最佳的浮選效果。

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